科學家發現暗物質存在的重要證據

2009-04-07 23:52 自20世紀30年代，科學家提出宇宙可能存在暗物質的理論以來，這種物質就充滿了神秘色彩。如今，科學家稱他們可能發現了暗物質存在的重要證據。

從理論上講，暗物質若被摧毀，會留下一連串奇異的粒子。如今，科學家稱他們可能發現了這些暗物質殘骸的蹤跡。這項發現或有助於證明暗物質的存在，揭示暗物質的構成。

基礎物理學領域重要發現

迄今，沒人清楚暗物質究竟是一種什麼物質，但科學家認為暗物質之所以存在，是因為來自看得見物質的的引力尚不足以說明星系旋轉。一顆稱為PAMELA(反物質-物質探測與輕核天體物理學載荷)的義大利衛星日前發現了過量正電子粒子。正電子是電子的反粒子，又稱陽電子。PAMELA於2006年發射，用以測量太空中的輻射物。

這個正電子信號可能具有各種生成來源，一個最主要的候選是暗物質。宇宙大約98%的物質都是這種難以捉摸的物質。當兩個暗物質粒子相撞，它們有時會同歸於盡，釋放出一股能量，其中就包括正電子。這次任務的首席科學家佩爾基奧基奧．佩裡扎(Piergiorgio Picozza)在接受太空網採訪時表示："PAMELA發現了數量超過預期的正電子。許多人認為，這可能是暗物質的信號，因為就正電子而言，這種行為與暗物質的諸多理論極為吻合。"

如果這項發現最終被證實，其實也並不完全出乎科學家的意料之外，但恐怕會在科學界引發極大的反響。研究結果將會刊登在最新一期《自然》雜誌上。美國密歇根大學天體物理學家戈登．凱恩(Gordon Kane)說："過去二十年來，暗物質的這種信號一直被看作是潛在的重要標記，PAMELA任務的科學家可能看到了期待已久的那類物質。這極有可能是基礎物理學領域數十年來最重要的一項發現。"凱恩沒有參與最新研究。

暗物質存在重要證據

通常情況下，當宇宙射線與恆星之間的氣體和塵埃中的原子相互作用時，正電子便會產生。不過，這種來源顯然並不能產生說明PAMELA發現的過量正電子。另一個可能性則是，PAMELA發現的正電子是由一種稱為脈衝星的具有短週期脈衝輻射的恆星產生的。

想要在這一選擇和暗物質之間做出區別，則需要更多的數據，無論是來自於PAMELA，還是於去年發射的費米伽馬射線太空望遠鏡。佩裡扎說："我們希望真的發現了暗物質，但現在我們需要更多實驗去佐證。"

即便如此，一些科學家仍對極有可能發現暗物質存在感到興奮不已。自20世紀30年代，科學家提出宇宙可能存在暗物質的理論以來，這種物質就充滿了神秘色彩。凱恩推測，研究結果雖未得到證實，但這不僅是暗物質存在的重要證據，而且還提供了這種神秘物質構成的重要線索。

"超對稱性伴侶"

暗物質是肉眼所無法看到的，只能通過其對別的物質施加的重力進行間接觀測。凱恩個人認為，這些發現中的暗物質粒子稱為"wino"----一種中輕微子。從理論上講，中輕微子是一種粒子，作為電子、夸克等標準模型粒子的"超對稱性伴侶"(supersymmetric partner)存在於太空。"wino"便是一種稱為W玻色子的"超對稱性伴侶"。

凱恩說："它在湮滅中生成正電子方面效果尤為顯著，而正電子具有與這些研究結果相符的能量。"如果暗物質由中輕微子構成，那麼暗物質粒子將成為其本身的反物質粒子，因為反中輕微子(anti-neutralino)其實還是中輕微子。因此，當兩個暗物質粒子相碰撞時，它們就會像其他物質和暗物質的相互作用一樣，走向自我毀滅之路。

幸運的是，這種現象發生的頻率不高。暗物質粒子被認為極其微小，兩個撞在一起的機率更是微乎其微，適於它們同歸於盡的理想條件恐怕只有幾億分之一。這使得暗物質可以遍佈宇宙，成為星系和星團構成的"腳手架"材料，即便每次兩個暗物質粒子近在咫尺，它們也不會毀滅自己。

縱然這種粒子湮滅事件極為罕見，但它們產生的正電子可以存活數百萬年之久，所以，它們會長期在宇宙中飄蕩，使得PAMELA等探測裝置可以發現這些神秘物質的蹤跡。